加急见刊

非线性流函数在实验风浪场计算中的应用

蒋昌波; 杨扬; 汤寒松 水利工程学院; 长沙理工大学; 湖南长沙410114; 土木工程学院; 纽约城市大学; 美国纽约10031

摘要：风作用于水面产生风浪,其中由于波流紊动产生的动量和能量的交换机制是一个很复杂的过程。风应力一般用来描述这种能量交换,可以分为3个部分:水面的剪切力、波生应力以及紊动应力。采用一种有效的非线性波流分离方法——NSFM(Nonlinear Stream Function Method)对波流运动的动量和能量输移进行定性描述。构造能够有效表达非线性波浪的解析流函数,摄动求解使其满足拉普拉斯方程、动力边界条件和运动边界条件,结合实验室风浪数据,分离出波生速度场。通过交叉谱分析,得到波生雷诺应力在不同风速下对风应力的贡献。结果表明:NSFM对不同工况条件下的风浪的处理具有较高的精度,模型适应性良好;且风速越大,波生应力沿着水深衰减得越快,且自由面波生应力在动量输移中的比重会逐渐减弱。

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